DE102015209729B3 - Microfluidic, multi-parametric sensor system for the determination of biofilm formation in fluids - Google Patents

Microfluidic, multi-parametric sensor system for the determination of biofilm formation in fluids Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Bestimmung der Biofilmbildung an Oberflächen in Fluiden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein mikrofluidisches, multiparametrisches Sensorsystem zur Bestimmung der Biofilmbildung, wobei die Bestimmung verschiedener Parameter unter standardisierten Bedingungen erfolgt, um eine genaue Aussage zur Biofilmbildung an Oberflächen treffen zu können.The invention relates to a system and method for determining biofilm formation on surfaces in fluids. In particular, the invention relates to a microfluidic multiparametric sensor system for determining biofilm formation, the determination of various parameters being carried out under standardized conditions in order to be able to make an accurate statement on biofilm formation on surfaces.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Bestimmung der Biofilmbildung an Oberflächen in Fluiden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein mikrofluidisches, multiparametrisches Sensorsystem zur Bestimmung der Biofilmbildung, wobei die Bestimmung verschiedener Parameter unter standardisierten Bedingungen erfolgt, um eine genaue Aussage zur Biofilmbildung an Oberflächen treffen zu können.The invention relates to a system and method for determining biofilm formation on surfaces in fluids. In particular, the invention relates to a microfluidic multiparametric sensor system for determining biofilm formation, the determination of various parameters being carried out under standardized conditions in order to be able to make an accurate statement on biofilm formation on surfaces.

Mikroorganismen adhärieren an Oberflächen und bilden dabei einen Biofilm aus. Dies ist insbesondere risikobehaftet bei Produkten, welche in direkten Kontakt mit Verbrauchern kommen, denn es besteht das Risiko eines unkontrollierten Ablösens des Biofilms und damit verbundener Freisetzung von Kontaminaten. Ein Beispiel für solche sensitiven Oberflächen sind etwa solche, die mit Trinkwasser in Berührung kommen. Auch im Bereich der Lebensmittelproduktion spielt die Hygiene eine besondere Rolle, wobei Kontaminationen in der Produktion frühzeitig erkannt werden müssen, um das Auftreten gesundheitlicher Risiken zu erkennen und zugleich größere Verluste zu vermeiden.Microorganisms adhere to surfaces and form a biofilm. This is particularly risky for products that come into direct contact with consumers, because there is a risk of uncontrolled detachment of the biofilm and concomitant release of contaminants. An example of such sensitive surfaces are, for example, those which come into contact with drinking water. Hygiene also plays a special role in the area of food production, whereby contamination in production must be recognized early in order to detect the occurrence of health risks and at the same time to avoid greater losses.

Um entsprechende gesundheitliche Risiken zu minimieren, wird daher ein hoher Aufwand zur Reinigung und Desinfektion betroffener Oberflächen betrieben, wobei es dabei zu Umweltbelastungen und reinigungsbedingten Stillstandszeiten kommt. Sie betragen etwa im Bereich der milchverarbeitenden Industrie 15 bis 40% der Gesamtproduktionszeit.In order to minimize the corresponding health risks, therefore, a high effort for the cleaning and disinfection of affected surfaces is operated, which leads to environmental pollution and cleaning-related downtime. In the milk processing industry, for example, they account for 15 to 40% of the total production time.

Um eine bessere Planung der notwendigen Reinigungsprozeduren und eine Überwachung hinsichtlich auftretender Kontaminationen in der Produktion vornehmen zu können, ist eine Bestimmung der Biofilmbildung notwendig.In order to be able to better plan the necessary cleaning procedures and to monitor contamination occurring in production, a determination of biofilm formation is necessary.

Hierzu werden zumeist Proben entnommen, welche aufwändig ex situ in Laboren analysiert werden. Die so gewonnenen Ergebnisse werden jedoch meist zeitverzögert erzielt. Zudem bietet die stichprobenhafte Entnahme von Proben kein realistisches Abbild der vor Ort herrschenden Bedingungen. Des Weiteren geben diese Stichproben keinerlei Aussagen über das Ausmaß der Biofilmbildung sondern nur über die aufgetretene mikrobiologische Verunreinigung im gesamten System.For this purpose, samples are usually taken, which are laboriously analyzed ex situ in laboratories. However, the results obtained are usually achieved with a time delay. In addition, sample sampling does not provide a realistic reflection of the local conditions. Furthermore, these samples give no information about the extent of biofilm formation but only about the occurrence of microbiological contamination throughout the system.

Alternativ hierzu werden auch Biofilmsensoren in den entsprechenden Anlagen direkt eingesetzt.Alternatively, biofilm sensors are used directly in the corresponding systems.

So offenbart die DE 20 2012 010 596 U1 einen Biofilmsensor, welcher als spezieller Mikroträger für Biofilmaufwuchs konstruiert ist, der ein standardisiertes Wachstum als Basis zur Bewertung und gleichzeitig eine elektronische Messung von Impedanz und Leitfähigkeit störungsfrei in Wasser erlaubt. Der Mikroträger weist dabei Rinnen auf, welche zum Aufwachsen des Biofilms eine angeraute Oberfläche aufweisen, während der Rest des Mikroträgers eine wasserabweisende Beschichtung, wie etwa Lotus-Effekt aufweist. Dadurch wird ein unkontrolliertes Aufwachsen vermieden und eine gezielte Besiedlung der Rinnen forciert. Der Biofilmsensor wird zur Exposition in das zu messende Wasser eingebracht.So revealed the DE 20 2012 010 596 U1 a biofilm sensor constructed as a special biofilm growth microcarrier that allows for standardized growth as the basis for evaluation while providing an electronic measurement of impedance and conductivity in water without interference. The microcarrier here has grooves, which have a roughened surface for growing the biofilm, while the rest of the microcarrier has a water-repellent coating, such as lotus effect. This avoids uncontrolled growth and enforces a targeted colonization of the gutters. The biofilm sensor is placed in the water to be measured for exposure.

Die DE 10 2011 101 934 A1 offenbart einen optischen Biosensor mit rückwärtiger Beleuchtung zur Detektion großflächiger Biofilme, wobei eine lichtaussende Quelle ein definiertes Emissionsspektrum aufweist. Die Bestimmung der großflächigen Besiedlung erfolgt dabei durch ein optisches Verfahren.The DE 10 2011 101 934 A1 discloses a back-illuminated optical biosensor for detecting large area biofilms wherein a light emitting source has a defined emission spectrum. The determination of large-scale colonization is carried out by an optical method.

Die US 6,7180,77 B1 und US 7,190,457 B2 offenbaren ebenfalls Messsysteme zur Bestimmung der Biofilmbildung basierend auf der optischen Detektion bestimmter Wellenlängen. The US 6,71,707,7 B1 and US 7,190,457 B2 also disclose measuring systems for determining biofilm formation based on optical detection of particular wavelengths.

Bekannt sind auch Biofilmsensoren wie etwa der Biofilm Sensor der Fa. Chemtract (Chemtract Inc. USA), welche eine Änderung des elektrischen Potentials bei Besiedlung des Sensors registrieren.Also known are biofilm sensors, such as the biofilm sensor from Chemtract (Chemtract Inc. USA), which register a change in the electrical potential when the sensor is colonized.

Das beschriebene, sensorbasierte Biofilm-Monitoring weist dabei jedoch entscheidende Nachteile auf. So sind zum einen die eingesetzten Sensoren kostenintensiv und erlauben zumeist nur die Bestimmung eines Parameters. Weiterhin sind die Sensoren entsprechend dimensioniert, sodass das Einbringen des Sensors in die Anlage zu einer Erzeugung einer künstlichen Störstelle und damit zu veränderten Strömungsverhältnissen führt. Dadurch wird zumeist eine Biofilmbildung begünstigt, sodass eine repräsentative Aussage zur Besiedlung an sensiblen Stellen nur schwer möglich ist.However, the described sensor-based biofilm monitoring has significant disadvantages. On the one hand, the sensors used are expensive and usually allow only the determination of one parameter. Furthermore, the sensors are dimensioned accordingly, so that the introduction of the sensor into the system leads to the generation of an artificial defect and thus to changed flow conditions. As a result, biofilm formation is usually favored, so that a representative statement on colonization at sensitive sites is difficult.

Es besteht daher die Aufgabe, ein System und ein Verfahren zur Überwachung der Biofilmbildung anzugeben, welches die im Stand der Technik benannten Nachteile überwindet.It is therefore the object to provide a system and a method for monitoring biofilm formation, which overcomes the disadvantages mentioned in the prior art.

Die Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object is achieved by a system according to claim 1 and a method according to claim 7. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft dabei ein System zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden mit einer modular aufgebauten Durchflusskammer umfassend zumindest eine Messanordnung, wobei die Messanordnung zumindest zwei Sensoreinrichtungen umfasst, welche ausgebildet sind zur Erfassung von Parametern ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität, Trübung, Sauerstoff-Gehalt, Impedanz, und Temperatur, wobei zumindest ein Parameter ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität und Trübung, Sauerstoff-Gehalt, Impedanz, und Temperatur, erfasst wird. Bevorzugt erfolgt zumindest die Erfassung der Adhäsion. Dabei gelangt das Fluid über einen Einlass in die definierte, fluidische Kammer. Es überströmt alle in der Kammer befindlichen Sensoren und Mikroorganismenadhäsion bzw. Biofilmbildung können stattfinden.A first aspect of the invention relates to a system for determining biofilm formation in fluids having a modular flow chamber comprising at least one measuring arrangement, wherein the measuring arrangement comprises at least two sensor devices which are designed to detect parameters selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance, turbidity , Oxygen content, impedance, and temperature, wherein at least one parameter selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance and turbidity, oxygen content, impedance, and temperature, is detected. Preferably, at least the detection of the adhesion takes place. The fluid passes through an inlet into the defined, fluidic chamber. It overflows all located in the chamber sensors and microorganism adhesion or biofilm formation can take place.

Unter einem Fluid werden erfindungsgemäß Flüssigkeiten verstanden.Under a fluid liquids are understood according to the invention.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Adhäsion eine Quarzkristall-Mikrowaage (QCM).In a first embodiment of the invention, the sensor device for determining the adhesion is a quartz crystal microbalance (QCM).

Quarzkristall-Mikrowaagen (QCM) sind Mikrowaagen, deren Sensor auf einem Schwingquarz basiert. Dabei wird die piezoelektrische Eigenschaft von Quarz genutzt. Die Resonanzfrequenz des Schwingquarzes ist abhängig von der Masse des auf der Oberfläche adsorbierten Materials. Die Frequenz der Schwingung des Quarzes ist dabei von der Dicke des Kristalls abhängig. Dabei ist die Frequenz zu der Dicke des Quarzes umgekehrt proportional. Durch Änderung der Dicke des Quarzes (bspw. durch Aufwachsen eines Biofilms) korreliert diese Änderung direkt mit einer Veränderung in der Frequenz. Diese Frequenzänderung kann dabei präzise quantifiziert und so zur exakten Massenbestimmung herangezogen werden (Sauerbrey-Gleichung). Vorliegend wird somit unter Verwendung der QCM quantitativ die Absorption des Biofilms auf dem Quarz erfasst, wodurch Rückschlüsse über die Menge an anhaftender Biomasse möglich sind.Quartz crystal microbalances (QCM) are microbalances whose sensor is based on a quartz crystal. The piezoelectric property of quartz is used. The resonant frequency of the quartz crystal is dependent on the mass of material adsorbed on the surface. The frequency of the vibration of the quartz depends on the thickness of the crystal. The frequency is inversely proportional to the thickness of the quartz. By changing the thickness of the quartz (eg, by growing a biofilm), this change correlates directly with a change in frequency. This frequency change can be precisely quantified and used for exact mass determination (Sauerbrey equation). In the present case, therefore, the absorption of the biofilm on the quartz is quantitatively detected using the QCM, whereby conclusions about the amount of adhering biomass are possible.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit ein Leitfähigkeitsdetektor. Dazu wird der Stromfluss zwischen, in definierten Abständen angeordneten Elektroden gemessen.In a further embodiment of the invention, the sensor device for determining the electrical conductivity is a conductivity detector. For this purpose, the current flow is measured between electrodes arranged at defined intervals.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung zur Bestimmung der optischen Dichte ein optischer Sensor. Hierbei sind sich in einem definierten Abstand verschiedene LED’s gegenübergestellt, wobei eine als Detektor eingesetzt wird und über eine definierte Einschaltdauer der Dioden die Intensität variiert.In a further embodiment of the invention, the sensor device for determining the optical density is an optical sensor. In this case, different LEDs are compared in a defined distance, one being used as a detector and the intensity varies over a defined duty cycle of the diodes.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Durchflusskammer einen transparenten Bereich zur mikroskopischen Inspektion auf. Der transparente Bereich dient dabei der Möglichkeit der mikroskopischen Beobachtung der Adhäsion. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Verwendung von Mikroorganismen mit fluoreszierenden Eigenschaften, welche die Beobachtung erleichtern. In der Regel wird eine Fluorochromierung der visuellen Inspektion vorgeschaltet.In a further embodiment of the invention, the flow chamber has a transparent region for microscopic inspection. The transparent area serves the possibility of microscopic observation of the adhesion. This is particularly advantageous in the use of microorganisms having fluorescent properties which facilitate observation. As a rule, fluorochromatization is connected upstream of the visual inspection.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Sensoreinrichtung zumindest zwei Elektroden mit definiertem Abstand zur Messung elektrischer Parameter auf. Durch den fest definierten Abstand der Elektroden können eine Vielzahl von elektrischen Parametern ermittelt werden, wie Widerstand, Leitfähigkeit, Kapazität und dergleichen.In a further embodiment of the invention, the sensor device has at least two electrodes with a defined distance for the measurement of electrical parameters. By the well-defined distance of the electrodes, a variety of electrical parameters can be determined, such as resistance, conductivity, capacity and the like.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems umfassend:

  • – Kontaktieren der Messordnung mit dem Fluid, wobei über die Sensoreinrichtung die zu bestimmenden Parameter gemessen werden,
  • – Zeitgleiches Erfassen von zumindest zwei Parametern ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität, Trübung, Redoxpotential, O2-Gehalt, Impedanz und Temperatur, wobei zumindest ein Parameter ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität und Trübung, O2-Gehalt, Impedanz und Temperatur, bevorzugt Adhäsion, erfasst wird,
  • – Korrelation der erfassten Parameter,
  • – Ausgabe der berechneten Biofilmbildung.
Another aspect of the invention relates to a method for determining biofilm formation in fluids using a system according to the invention comprising:
  • Contacting the measurement order with the fluid, wherein the parameters to be determined are measured via the sensor device,
  • Simultaneously detecting at least two parameters selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance, turbidity, redox potential, O 2 content, impedance and temperature, wherein at least one parameter selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance and turbidity, O 2 content, impedance and temperature, preferably adhesion, is detected,
  • Correlation of the detected parameters,
  • - Output of the calculated biofilm formation.

Die Kontaktierung der Messanordnung kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Bei einer kontinuierlichen Kontaktierung wird das Fluid mit den enthaltenen Mikroorganismen mittels einer Pumpeinrichtung kontinuierlich im Kreislauf gepumpt. Bei einer diskontinuierlichen Kontaktierung wird zunächst das Fluid, wie etwa ein Medium der Messanordnung zugeführt und nachfolgend die Mikroorganismen zugegeben. The contacting of the measuring arrangement can be carried out continuously or discontinuously. In a continuous contacting the fluid is continuously pumped with the microorganisms contained by means of a pumping device in the circulation. In a discontinuous contacting, the fluid, such as a medium, is first fed to the measuring arrangement and subsequently the microorganisms are added.

Die Ausgabe der berechneten Biofilmbildung kann dabei beispielsweise grafisch über die Bedienoberfläche der Software erfolgen.The output of the calculated biofilm formation can take place, for example, graphically via the user interface of the software.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Messsignale der Quarzkristallmikrowaage mittels der Sensoreinrichtung über die Messung der Impedanz erfasst.In one embodiment of the invention, the measurement signals of the quartz crystal microbalance are detected by means of the sensor device via the measurement of the impedance.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden elektrische Parameter ausgewählt aus Widerstand, Leitfähigkeit und Kapazität zwischen den Elektroden ermittelt, wobei bevorzugt der Widerstand zwischen zwei, in einem definierten Abstand liegenden Elektroden gemessen wird. Durch den definierten Abstand lassen sich nachfolgend konkrete Aussagen hinsichtlich der elektrischen Parameter treffen, da die Messbedingungen für die Parameter sich aufgrund des definierten Abstands nicht verändern. Unter einem definierten Abstand wird dabei vorliegend ein fest vorgegebener Abstand der Elektroden verstanden, welcher über die Messdauer konstant verbleibt.In a further embodiment of the invention, electrical parameters selected from resistance, conductivity and capacitance between the electrodes are determined, wherein the resistance is preferably measured between two electrodes lying at a defined distance. Due to the defined distance, specific statements regarding the electrical parameters can be made below, since the measurement conditions for the parameters do not change due to the defined distance. In the present case, a defined distance is understood to mean a fixedly predetermined distance of the electrodes, which remains constant over the duration of the measurement.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden.Another aspect of the invention relates to the use of a system and method of the invention for determining biofilm formation in fluids.

Die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the specification and the claims may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen anhand folgender Ausführungsbeispiele näher erläutert werden, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following embodiments, without limiting the invention to these.

Dabei zeigen die The show

1 eine schematische Darstellung der Draufsicht einer erfindungsgemäßen Durchflusskammer, die 1 a schematic representation of the top view of a flow chamber according to the invention, the

2 eine Schnittdarstellung der Durchflusskammer entlang der Achse A-A, die 2 a sectional view of the flow chamber along the axis AA, the

3 eine Schnittdarstellung der Durchflusskammer entlang der Achse B-B und die 3 a sectional view of the flow chamber along the axis BB and the

4 eine schematische Darstellung der Seitenansicht der Durchflusskammer. 4 a schematic representation of the side view of the flow chamber.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist in den 1 bis 4 eine erfindungsgemäße Durchflusskammer 2 dargestellt, welche einen Teil des Systems 1 zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden ist. In a first embodiment is in the 1 to 4 a flow chamber according to the invention 2 represented, which is part of the system 1 for determining biofilm formation in fluids.

Die Durchflusskammer 2 wird über ein Einlassventil 3 mit einem Medium befüllt. Eine beispielhafte Zusammensetzung des Mediums kann der Tabelle 1 entnommen werden.The flow chamber 2 is via an inlet valve 3 filled with a medium. An exemplary composition of the medium can be found in Table 1.

Im Fall einer kontinuierlichen Probenführung werden diesem Minimalmedium von Beginn an Mikroorganismen, wie etwa E. coli SM2029 Genotyp: ara, (lacpro), thi attb::bla-Pa1/04/03-gfp*-T0/pOX38km traD411 (Wagner et al., Eng. Life Sci. 2013,00, 1–9) zugesetzt, wobei das Medium mit den Mikroorganismen die ganze Zeit im Kreislauf mittels einer nicht näher dargestellten Pumpeinrichtung gepumpt wird. Alternativ kann bei einer diskontinuierlichen Probenführung anfangs zunächst nur das Medium in die Kammer 2 gepumpt und die Mikroorganismen erst später zugeführt werden. In the case of continuous sample handling, microorganisms such as E. coli SM2029 genotype: ara, (lacpro), thi attb :: bla-Pa1 / 04/03-gfp * -T0 / pOX38km traD411 (Wagner et al ., Eng. Life Sci. 2013,00, 1-9), wherein the medium with the microorganisms is pumped the whole time in the circuit by means of a pumping device, not shown. Alternatively, in the case of discontinuous sample introduction, initially only the medium can be introduced into the chamber 2 pumped and the microorganisms are supplied later.

Im weiteren Verlauf wird die Probe durch die gesamte Messkammer 2 gepumpt und passiert dabei die verschiedenen Sensoren 4, wie etwa die elektrischen Sensoren zur Messung der Leitfähigkeit und Kapazität und den QCM-Sensor 5. Aufgrund der Geometrie der Durchflusskammer 2 ist es zudem zusätzlich möglich, eine optische Kontrolle der Adhäsion über einen transparenten Bereich 6 mittels mikroskopischer Aufnahmen durchzuführen. In the further course, the sample passes through the entire measuring chamber 2 pumped and happens while the various sensors 4 such as the electrical conductivity and capacitance sensors and the QCM sensor 5 , Due to the geometry of the flow chamber 2 In addition, it is additionally possible to visually control the adhesion over a transparent area 6 by means of microscopic images.

Vorteilhaft ist dabei beispielsweise die Verwendung von Mikroorganismen mit fluoreszierenden Eigenschaften, wodurch eine Überwachung vereinfacht werden kann. It is advantageous, for example, the use of microorganisms with fluorescent properties, whereby monitoring can be simplified.

Während eines Messintervalls (ca. 3 min) werden erst die Messsignale der QCM-Daten über die Messung der Impedanz erfasst und dann der Widerstand zwischen den nicht näher dargestellten Elektroden 7 ermittelt, wobei der Widerstand immer zwischen zwei, in einem festen Abstand liegenden Elektroden 7 gemessen wird – gefolgt vom Ansteuern der einzelnen Photodioden. Während der gesamten Messung wird zudem die Temperatur erfasst. Die Datenaufnahme der einzelnen Sensoren erfolgt innerhalb weniger Sekunden. During a measuring interval (about 3 minutes), first the measuring signals of the QCM data are detected by measuring the impedance and then the resistance between the electrodes, which are not shown in more detail 7 determined, the resistance always between two, at a fixed distance electrodes 7 is measured - followed by driving the individual photodiodes. During the entire measurement, the temperature is also recorded. The data acquisition of the individual sensors takes place within a few seconds.

Aufgrund von vorherigen Simulationsuntersuchungen konnten die Geometrie der einzelnen Sensoren 4 (Dicke und Ausrichtung der Elektroden, Einlasstiefe des QCM-Sensors 5) und die Einströmrichtung (Einlass erfolgt QCM-seitig) festgelegt werden. Die Aufnahme der Daten erfolgt beispielsweise mit dem ISX-3 (Sciospec Scientific Instruments GmbH, Bennewitz, Deutschland). Dieses Messgerät wurde softwareseitig an den QCM-Sensor 5 angepasst. Die Datenanalyse kann mit einer Office-Standardsoftware, z. B. Excel erfolgen. Tabelle 1: Medienzusammensetzung für ein Arbeitsvolumen von 2 L. Nährstoffe Konzentration H2O - Mineralsalze MgCl2 1 M CaCl2 1 M FE-EDTA 37 g/L Pufferlösung (NH4)2SO4 20 g/L Na2HPO4 2H2O 60 g/L KH2PO4 30 g/L NaCl 30 g/L organische Komponente Glucose 100 mM1 Thiamin mg/mL10 Prolin mg/mL Due to previous simulation studies, the geometry of the individual sensors could 4 (Thickness and orientation of the electrodes, inlet depth of the QCM sensor 5 ) and the inflow direction (inlet is QCM-side). The data is recorded, for example, with the ISX-3 (Sciospec Scientific Instruments GmbH, Bennewitz, Germany). This meter was software supplied to the QCM sensor 5 customized. The data analysis can be performed with standard office software, eg. B. Excel done. Table 1: Media composition for a working volume of 2 L. nutrient concentration H 2 O - mineral salts MgCl 2 1 m CaCl 2 1 m FE-EDTA 37 g / L buffer solution (NH 4 ) 2 SO 4 20 g / L Na 2 HPO 4 2H 2 O 60 g / L KH 2 PO 4 30 g / L NaCl 30 g / L organic component glucose 100 mM1 thiamine mg / ML10 proline mg / mL

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
System zur Bestimmung der Biofilmbildung System for the determination of biofilm formation
22
Durchflusskammer Flow chamber
33
Einlassventil intake valve
44
Sensoreinrichtungen sensor devices
55
Sensoreinrichtung für QCM Sensor device for QCM
66
transparenter Bereich transparent area
77
Elektroden electrodes

Claims (10)

System (1) zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden mit einer modular aufgebauten Durchflusskammer (2) umfassend zumindest eine Messanordnung, wobei die Messanordnung zumindest zwei Sensoreinrichtungen (4, 5) umfasst, welche ausgebildet sind zur Erfassung von Parametern ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität, Trübung, Redoxpotential, O2-Gehalt, Impedanz, pH-Wert und Temperatur, wobei zumindest ein Parameter ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität und Trübung erfasst wird. System ( 1 ) for determining biofilm formation in fluids with a modular flow chamber ( 2 ) comprising at least one measuring arrangement, wherein the measuring arrangement comprises at least two sensor devices ( 4 . 5 ), which are designed to detect parameters selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance, turbidity, redox potential, O 2 content, impedance, pH and temperature, wherein at least one parameter selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance and turbidity is detected. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (5) zur Bestimmung der Adhäsion eine Quarzkristallmikrowaage ist.System according to claim 1, characterized in that the sensor device ( 5 ) for determining the adhesion is a quartz crystal microbalance. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit ein Leitfähigkeitsdetektor ist.System according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor device ( 4 ) is a conductivity detector for determining the electrical conductivity. System nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) zur Bestimmung der optischen Dichte ein optischer Sensor ist.System according to claim 1 to 3, characterized in that the sensor device ( 4 ) is an optical sensor for determining the optical density. System nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskammer einen transparenten Bereich zur mikroskopischen Inspektion aufweist. System according to claim 1 to 4, characterized in that the flow chamber has a transparent region for microscopic inspection. System nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (4) zumindest zwei Elektroden (7) mit definiertem Abstand zur Messung elektrischer Parameter aufweist. System according to claim 1 to 5, characterized in that the sensor device ( 4 ) at least two electrodes ( 7 ) having a defined distance for the measurement of electrical parameters. Verfahren zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden mit einem System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassend: – Kontaktieren der Messanordnung mit dem Fluid, wobei über die Sensoreinrichtung (4, 5) die zu bestimmenden Parameter gemessen werden, – Zeitgleiches Erfassen von zumindest zwei Parametern ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität, Trübung, Redoxpotential, O2-Gehalt, Impedanz, pH-Wert und Temperatur, wobei zumindest ein Parameter ausgewählt aus Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit, Kapazität und Trübung, bevorzugt Adhäsion, erfasst wird, – Korrelation der erfassten Parameter, – Berechnung der Biofilmbildung, – Ausgabe der berechneten Biofilmbildung.Method for determining biofilm formation in fluids with a system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, comprising: - contacting the measuring arrangement with the fluid, wherein the sensor device ( 4 . 5 ) the parameters to be determined are measured, simultaneous detection of at least two parameters selected from adhesion, electrical conductivity, capacitance, turbidity, redox potential, O 2 content, impedance, pH value and temperature, wherein at least one parameter selected from adhesion, electrical Conductivity, capacity and turbidity, preferably adhesion, is detected, - correlation of the detected parameters, - calculation of the biofilm formation, - output of the calculated biofilm formation. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale der Quarzkristallmikrowaage mittels der Sensoreinrichtung (5) über die Messung der Impedanz erfasst werden.A method according to claim 7, characterized in that the measurement signals of the quartz crystal microbalance by means of the sensor device ( 5 ) are detected by measuring the impedance. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand zwischen den Elektroden (7) ermittelt wird, wobei der Widerstand zwischen zwei, in einem festen Abstand liegenden Elektroden (7) gemessen wird.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the resistance between the electrodes ( 7 ), wherein the resistance between two, at a fixed distance electrodes ( 7 ) is measured. Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Bestimmung der Biofilmbildung in Fluiden.Use of a system according to any one of claims 1 to 6 and a method according to any one of claims 7 to 9 for the determination of biofilm formation in fluids.
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